全國中小學科展

2024年

以甲醇與甲酸為營養源評估甲醇利用菌的碳利用效能

全球暖化造成氣候危機,對人類生存的威脅愈來愈大,達成巴黎協定的淨零碳排刻不容緩。本研究擬以甲醇利用菌(Methylorubrum populi )做為碳捕集封存與再利用(Carbon Capture Utilisation and Storage/CCUS)的生物工廠,將甲醇(CH3OH)及甲酸(HCOOH)等單碳化合物合成生物質。經全基因定序及序列分析得知,M. populi 具有可以利用甲醇、甲酸進行生合成的多條路徑。同時將菌液以不同比例的甲醇與甲酸為碳源,在不同酸鹼值中培養,測量其生長曲線,由此推得倍增時間等各項參數,並分析乾燥後的菌體各元素佔比。分析結果顯⽰,在 pH6.3、以甲醇甲酸比 9:1培養 M.populi,碳儲存率可達 46.0%且在指數期生長快速,可達到有效減少溫室逸散至大氣的目的。

解析水稻新穎轉錄因子調控叢枝菌根菌共生的分子機制

多數陸生植物可與微生物建立互利共生關係,以增強營養鹽的吸收並適應環境。叢枝菌根菌(arbuscular mycorrhizal fungi)已被證實可幫助水稻生長,前人已初步探索背後的調控機制,釐清植物如何透過轉錄因子調控基因表現來建立與菌根菌的共生。台大植物科學研究所一教授與其研究團隊發現一新穎的水稻不確定域轉錄因子 (OsAID1) 可正向調控共生,且其啟動子區域有可被轉錄因子 OsPHR2 結合的 DNA 序列 (P1BS),其中 OsPHR2 已被證實是在缺磷反應和菌根菌共生途徑中均扮演重要角色的轉錄因子,然而 OsAID1 與 OsPHR2 的關係尚未被釐清,另外先前研究發現 AID1 需要未知的交互作用蛋白以開啟轉錄調控,故本研究想探討 OsAID1 與 OsPHR2 間的上下游關係以及能與 AID1 交互作用的蛋白。透過觀察aid1 突變株之共生率推測 OsAID1 為 OsPHR2 的下游,並透過 BiFC 實驗證實 OsAID1 與 OsSLR1 之間有交互作用。此研究提供 OsAID1 在水稻與菌根菌共生中的基因調控更深一步的探索。

評估UAV資料與衛星資料在邊坡崩落潛勢機器學習模型之可應用性

邊坡單元(SlopeUnit)為分析邊坡穩定性之最基本單元,關於邊坡單元崩落潛勢的預測所需的主要參數(如高程、坡度、坡向、表面粗糙度與植被覆蓋、剖面曲率等)有機會透過 UAV所拍攝產生的 3D模型來推論。因此本研究預計探討以UAV這項工具進行邊坡單元崩落潛勢分析的可行性與效能。目前有關這項技術,利用衛星建置的模型已相當成熟能在邊坡崩落潛勢評估與預測上有良好的表現。本研究主要將多組不同解析度UAV資料與對照組衛星資料作為測試集放入隨機森林機器學習模型中評估其解析度與評分的關係及其替代衛星資料的可能性

Metformin對肝臟細胞選擇性粒線體自噬作用之活化機制探討

二甲雙胍(metformin)為第二型糖尿病的口服藥。現有研究已知粒線體在肝癌組織中有過度表現的情形,且二甲雙胍與粒線體自噬作用相關然其機制尚未清楚,故本研究探討二甲雙胍對於肝臟細胞粒線體自噬作用的活化機制以了解其是否具肝癌治療的潛力。以西方墨點法測試加入二甲雙胍前後人類肝癌細胞(Huh7)的 LC3B-I、LC3B-II的表現,發現加藥後表現上升。以串聯螢光標記實驗,透過螢光顯微鏡觀察加藥前後粒線體的型態從線狀變為橄欖球狀,LC3表現上升,PARKIN有明顯位移至粒線體外膜的情形,顯示二甲雙胍可刺激自噬體的形成。並透過 mito-QC(mito-quality control)的技術,可觀察到加藥後粒線體與溶酶體結合的情形也有所提升。本研究推論二甲雙胍可活化人類肝癌細胞中 PINK1-PARKIN 依賴型選擇性粒線體自噬作用的形成,未來有望應用於肝臟疾病相關治療。

微流道-孔隙介質之排水時間與模式探討

孔隙介質內的流體運動涉及地球科學、生命科學、農業與工程應用等廣泛議題。為了瞭解孔隙介質內流體移動過程,本研究以孔隙介質排水過程為專題主題,利用自製的微流道模型,研究孔隙介質排水過程如何受到孔隙大小與下方開口大小的影響。此外,我們也利用Darcy’s Law 與 Kozeny-Carman equation,並加入飽和度變化帶來影響的修正,建立描述排水過程的公式。

透過超音波敏感性聚合物膠束達成藥物投遞減少根管治療癒後復發的應用

藥物釋放技術被普遍使用在臨床醫學以及人體攝影,本研究將合成具有超音波敏感之兩親性聚合物,水溶液中自組裝形成聚合物膠束,內部裝載藥物,經輸送到特定部位以超音波刺激,進行藥物釋放。在特定部位釋放的特性使藥物可以在特定區域釋放。 本實驗是因應牙醫進行根管治療時,消炎藥物容易被血清分解,因此,我們希望設計出適當的高分子藥物載體。當藥物到達牙根管時,利用聚焦式超音波(HIFU)進行刺激投放,載體分解後,藥物順利到達患部,進行治療。 經文獻蒐集,我們選定 PEG-b-PTHPMA (polyethylene glycol block 2- tetrahydropyranylmethacrylate)以及 PEG-b-PIBMA(polyethyleneglycol-block- iso- butyl methacrylate)作為載體包覆藥物之高分子材料,利用其具有雙親性高分子的特性,在水溶液中自組裝成高分子膠束。經透析純化後,透過 DLS 與 SEM鑑定此高分子膠束之粒徑大小。同時也以 NMR氫譜與 GPC鑑定該高分子純度與分子量分布。

利用碳酸鉀作為觸媒對於甲醇解聚聚碳酸酯效能之探討

聚碳酸酯(PC)是一種具有多種用途的材料,廣泛應用在包裝、航空、製作容器等方面,但難以利用常見的方法如燃燒、掩埋等方式回收。 根據本研究結果,利用K2CO3作為異相觸媒,在60℃的溫度下,反應1小時後,成功地轉化出聚碳酸酯(PC)的單體雙酚A(BPA),PC的轉化率可達100%,BPA的產率可達 99.57%。提供了業界一個相較於其它傳統PC解聚法,得以在較低的溫度、較短的反應時間下,利用簡易裝置,即可使甲醇分解聚碳酸酯(PC)的效率高達100%之方法,且相較於傳統同相觸媒解聚法,異相觸媒K2CO3在反應後可以相當輕易的與產物分離並重複利用,因此本研究提供了一種高效率且對環境更友善且更符合綠色化學的聚碳酸酯(PC)回收方法。

幾何圖形的創意設計與應用

對稱與密鋪圖形是數學美學的表現,廣泛應用於藝術與工程設計中,本研究利用 Python 語言及其套件,依據平面設計的法則,撰寫十七種平面對稱圖形的程式碼,程式碼可透過Replit 平台的雲端共享功能促進跨領域專業人士之間的合作與改良。此外,針對一般群眾本研究透過定義函數和變數開發出「幾何設計」專案讓使用者能夠透過座標設計,輕鬆原創出具有對稱性和密鋪性的幾何圖案。本研究在幾何教學、平面設計和 3D 建模等方面都展現了其應用和優勢。我們也收集了使用者測試的反饋和數據,並提供了將平面圖形轉換成 3D 模型的過程和示例。

Establishment of a bacteria-based delivery approach in regulating mosquito development as a novel vector control strategy

登革熱是由埃及斑蚊傳播的疾病。近年其分布範圍不斷擴大,造成數百萬人死亡。病媒蚊控制對於防止疾病傳播至關重要,但目前尚無安全有效的疫苗以及治療藥物,過量倚賴殺蟲劑又造成病媒蚊抗藥性與環境問題,因此開發新型替代方案是當務之急。 本研究完成了一種 RNAi 新型殺蟲劑。以埃及斑蚊體內的 ADAM12d 作為標靶,由 qRT-PCR 評估,採用 RNAi 干擾的方式進行研究。經基因選殖後透過細菌載體,大量複製出 dsRNA,投放至埃及斑蚊二齡幼蟲的生活水域,抑制ADAM12d 表現。 結果顯示此 RNAi 殺蟲劑在發育過程使幼蟲出現蛻皮異常、生長緩慢、死亡率增加,達到減少病媒蚊的繁殖與孳生。亦已著手於實作層面研究。本研究結果將有助於確定 ADAM12d 的生物功能,也成功以 ADAM12d 基因作為一種新型的生物防治法。此 RNAi 的方式不會連帶殺死其他蚊蟲,也是完全針對有害病媒蚊蟲的,符合現行生態需求,有望成為有效新型藥物。

Instruction-Tuning 在法律對話模型上的影響之探討

本研究探討 Instruction-Tuning 對法律領域語言模型的影響,我們使用 ChatGLM-2 6B 作為基礎模型,先以台灣法律文本進行 Continual Pre-training,再以和律師的 Q&A 數據集,分別採用 Supervised Fine-Tuning(SFT)、Reward Model 及 Proximal Policy Optimization(PPO)等 Instruction-Tuning 方法進行微調。結果顯示,僅經過 Pre-training 及 SFT 的模型,其產生的回覆較符合法律專業風格;但考量模型對法律知識的掌握,則以 Pre-training、SFT 及 PPO 整套 Instruction-Tuning 的結合效果最佳。本研究證明, 針對單一領域的語言模型, 不同的 Instruction-Tuning 方式會對其回覆風格及知識掌握造成不同影響。我們的研究為未來單一領域語言模型訓練提供了參考。